改性阳极强化微生物燃料电池处理含硫化物废水及运行条件优化研究
本文关键词: 微生物燃料电池 改性阳极 活化阳极 硫化物 出处:《中国地质大学(北京)》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:石化和采矿行业产生大量的含硫化物废水。硫化物具有很强的毒性。传统处理方法成本较高,微生物燃料电池技术已被证实可高效处理含硫化物废水,但其性能主要受到阳极材料的限制,开发新型阳极,尤为必要。将普通碳毡阳极采用垂向金属氧化物进行改性。与未改性的阳极相比,48 h硫化物去除率得到提高(均高于90%),最大功率密度分别提高了1.53倍和1.36倍。改性阳极提供了更多微生物附着活性位点,增加了生物量密度。高通量16S r RNA基因测序结果分析也表明了微生物丰度和多样性的增加。产电微生物如Bacteroidetes和硫氧化菌如Planctomycetacia在使用改性阳极的微生物燃料电池中均得到富集。研究表明改性材料可提高微生物燃料电池去除硫化物及产电性能。对二氧化钛纳米线碳毡阳极分别使用硝酸、氨气和电化学法进行活化。结果显示微生物燃料电池去除硫化物及产电性能得到进一步提升,其中用硝酸活化后性能提升最显著,48 h内硫化物的去除率达到96.4±1.7%,最大功率密度达到896.8±17.3 m W/m2,该方法已被证实可以提高N/C并降低C-O形成。影响因素结果显示硫化物与COD浓度与污染物去除率呈负相关,而随着外电阻的增加,污染物去除率呈先增加后减小趋势。结果表明电极活化可进一步提升微生物燃料电池性能,影响因素的研究为此系统的优化提供了参考。利用响应曲面法对活化阳极微生物燃料电池进行优化,选取硫化物浓度、COD浓度和外电阻为主要考察因素,设计响应曲面实验。结果显示模型预测良好(R2均大于0.9),在COD浓度为684 mg/L,硫化物浓度为72.5 mg/L,外电阻阻值为100Ω的最优条件下,硫化物去除率可达94.3±2.3%,COD去除率达到82.7±1.8%,最大功率密度达到832±23 m W/m2,库伦效率达到28.7±1.9%,验证实验也证实了此模拟的可靠性。综上,利用垂向金属氧化物对碳毡阳极进行改性,并利用硝酸活化,可提升微生物燃料电池处理含硫化物废水及产电性能,响应曲面研究优化了操作条件。本研究也为微生物燃料电池的性能提升及拓展应用提供了可靠的理论依据。
[Abstract]:Large amounts of sulfide-containing wastewater are produced in petrochemical and mining industries. Sulfides are highly toxic. Traditional treatment methods are costly and microbial fuel cell technology has been proved to be effective in the treatment of sulfide-containing wastewater. But its performance is mainly limited by the anode material, so it is necessary to develop new anode. The ordinary carbon felt anode is modified by vertical metal oxide. Compared with the unmodified anode. The removal rate of sulphide at 48 h was improved (above 90%, the maximum power density increased by 1.53 times and 1.36 times, respectively). The modified anode provided more microbial attachment sites. Increased biomass density. High throughput 16s r. The results of RNA gene sequencing also showed an increase in microbial abundance and diversity. Electrogene-producing microbes such as Bacteroidetes and sulfur oxidizing bacteria such as Planctomycetacia were found in. The results show that the modified materials can improve the sulphide removal and electrical performance of the microbial fuel cells, and use nitric acid on the titanium dioxide nanowire carbon felt anode. The results showed that the removal of sulfides and electrical properties of microbial fuel cells were further improved, among which the performance of activated with nitric acid was the most significant. The removal rate of sulfides in 48 hours was 96.4 卤1.7 and the maximum power density was 896.8 卤17.3 MW / m ~ 2. This method has been proved to increase N / C and reduce C-O formation. The results of influencing factors show that sulfides have negative correlation with COD concentration and pollutant removal rate, but with the increase of external resistance. The results showed that electrode activation could further improve the performance of microbial fuel cells. The study of the influencing factors provides a reference for the optimization of the system. The reactive surface method is used to optimize the activated anode microbial fuel cells. The concentration of sulfide COD and external resistance are selected as the main factors. The experimental results of response surface show that the predicted R2 of the model is greater than 0.90.The results show that the COD concentration is 684 mg / L and the sulfide concentration is 72.5 mg/L. When the external resistance is 100 惟, the removal rate of sulfides can reach 94.3 卤2.3 and 82.7 卤1.8%. The maximum power density is 832 卤23mW / m2, and the Coulomb efficiency is 28.7 卤1.9. the reliability of the simulation is verified by the verification experiment. The modification of carbon felt anode by vertical metal oxide and the activation of nitric acid can improve the performance of microbial fuel cell in treating sulfide-containing wastewater and producing electricity. The research of response surface optimizes the operating conditions and provides a reliable theoretical basis for improving the performance and expanding the application of microbial fuel cells.
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X703;TM911.45
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 连静;冯雅丽;李浩然;杜竹玮;;微生物燃料电池的研究进展[J];过程工程学报;2006年02期
2 连静;冯雅丽;李浩然;刘志丹;周良;;直接微生物燃料电池的构建及初步研究[J];过程工程学报;2006年03期
3 关毅;张鑫;;微生物燃料电池[J];化学进展;2007年01期
4 洪义国;郭俊;孙国萍;;产电微生物及微生物燃料电池最新研究进展[J];微生物学报;2007年01期
5 丁平;邵海波;刘光洲;段东霞;麻挺;陈嗣俊;王建明;张鉴清;;应用需盐脱硫弧菌的微生物燃料电池发电研究(英文)[J];电化学;2007年02期
6 园丁;;微生物燃料电池:既处理污水又发电[J];污染防治技术;2007年03期
7 刘登;刘均洪;刘海洲;;微生物燃料电池的研究进展[J];化学工业与工程技术;2007年05期
8 张广柱;刘均洪;;微生物燃料电池研究和应用方面的最新进展[J];化学工业与工程技术;2008年04期
9 孙健;胡勇有;;废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[J];工业用水与废水;2008年01期
10 王万成;陶冠红;;微生物燃料电池运行条件的优化[J];环境化学;2008年04期
相关会议论文 前10条
1 顾忠泽;吴文果;;微生物燃料电池的研究[A];中国化学会第27届学术年会第05分会场摘要集[C];2010年
2 赵峰;;来自废水的能量-微生物燃料电池[A];2010年海峡两岸环境与能源研讨会摘要集[C];2010年
3 李正龙;刘红;孔令才;韩梅;;可利用空间基地有机废物的微生物燃料电池预研[A];中国空间科学学会第16届空间生命学术研讨会论文摘要集[C];2005年
4 孙健;;废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
5 赵峰;;微生物燃料电池的电子传递及电极反应研究[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
6 付玉彬;;海底微生物燃料电池研究和应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
7 孔晓英;李连华;李颖;杨改秀;孙永明;;葡萄糖浓度对微生物燃料电池产电性能的影响[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
8 袁勇;庄莉;周顺桂;;盘管式微生物燃料电池的构建及其应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
9 喻玉立;袁用波;胡忠;;产电菌的选育及其在微生物燃料电池中的应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
10 陈禧;王炜;彭香琴;刘宇波;幸毅明;;微生物燃料电池结构与材料研究进展[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第八卷)[C];2013年
相关重要报纸文章 前10条
1 ;微生物燃料电池处理污水发电两不误[N];中国环境报;2005年
2 记者 符王润 通讯员 曾晓舵 李洁尉 刘静;微生物燃料电池有很大挖掘空间[N];广东科技报;2010年
3 萧潇;微生物燃料电池:处理污水发电两不误[N];中国煤炭报;2005年
4 记者 毛黎;微生物燃料电池技术又推进一步[N];科技日报;2006年
5 纪振宇;微生物燃料电池为汽车节能环保提供解决方案[N];中国高新技术产业导报;2008年
6 本报记者 赵亚平;虾兵蟹将派上新用场[N];科技日报;2007年
7 张芮;希腊从芝士副产品中回收能源[N];中国石化报;2010年
8 常丽君;高空“超级细菌”可成发电新能源[N];科技日报;2012年
9 编译 杨孝文;微生物机器人吃苍蝇发电[N];北京科技报;2006年
10 记者 陈勇;美科学家开发出微生物燃料电池[N];新华每日电讯;2005年
相关博士学位论文 前10条
1 黄杰勋;产电微生物菌种的筛选及其在微生物燃料电池中的应用研究[D];中国科学技术大学;2009年
2 陶琴琴;微生物燃料电池同步脱氮除磷及产电性能研究[D];华南理工大学;2015年
3 徐磊;微生物燃料电池PB/rGO阴极材料及导电膜自清洁性能研究[D];大连理工大学;2015年
4 臧国龙;基于微生物燃料电池的复杂废弃物处置及光电催化制氢[D];中国科学技术大学;2013年
5 代莹;银/铁—碳基复合体作为微生物燃料电池阴极的性能研究[D];黑龙江大学;2016年
6 龚小波;微生物燃料电池高效电极与界面设计强化产电特性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
7 孙哲;光催化型微生物燃料电池产电特性及对污染物去除研究[D];东华大学;2016年
8 程建萍;微生物燃料电池阴极的功能拓展及机理分析[D];合肥工业大学;2015年
9 孙彩玉;基于BES污水处理—产能研究及微生物群落结构解析[D];东北林业大学;2016年
10 杜月;生物阴极微生物燃料电池特性及其与光催化耦合模式的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
相关硕士学位论文 前10条
1 张鑫;复合微生物燃料电池的研究[D];天津大学;2007年
2 周秀秀;微生物燃料电池阴极催化剂双核酞菁钴的结构及性能优化[D];华南理工大学;2015年
3 黄丽巧;基于微生物燃料电池技术的同步除碳、硝化/反硝化研究[D];华南理工大学;2015年
4 印霞h,
本文编号:1473979
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/1473979.html